TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES  Es todo lo que nos rodea, incluidos nosotros mismos, esta formado por un componente común: normalmente, para referirnos a los objetos usamos términos como materia, masa, peso, volumen.  MATERIA es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio.  MASA es la cantidad de materia que tiene un cuerpo;  VOLUMEN es el espacio ocupado por la masa  CUERPO es una porción limitada de materia

MATERIALES  Son sustancias que componen cualquier cosa o producto.  En ciencia, un material es cualquier conglomerado de materia o masa. En ingenieria, un material es una sustancia (elemento o comunmente compuesto quimico) con alguna propiedad util, sea mecanica, optica, termica o magnetica.  Las propiedades de los materiales son consecuencia de su estructura. Desde el punto de vista estructural hay dos tipos de materiales, los cristalinos y los no cristalinos.

MATERIALES  Cualquier desarrollo en materiales requiere un estudio de tres factores que se encuentran í ntimamente relacionados uno con otro. Ellos son:  las propiedades macrosc ó picas  la estructura cristalina y  las interacciones.

PROPIEDADES 1. P. FISICAS – Extensión – Impenetrabilidad – Peso específico – Calor específico – Calor latente de fusión – Conductividad Calorífica ó Térmica – Punto de fusión – Punto de solidificación – Dilatación Térmica – Conductividad Eléctrica

PROPIEDADES 2. P. QUIMICAS Oxidación Corrosión

PROPIEDADES 2. P. MECANICAS Resistencia Dureza Elasticidad Plasticidad Tenacidad Fragilidad Resiliencia Fluencia Fatiga

Propiedades Dureza La dureza es la propiedad que expresa el grado de deformación permanente que sufre un metal bajo la acción directa de una carga determinada. Es una importante, porque al cambiar la dureza del acero se afectan todas las otras propiedades, especialmente la resistencia a la indentación y al desgaste.

Propiedades Medición de Dureza

Propiedades Fragilidad En términos metalúrgicos, fragilidad significa que un metal se rompe o quiebra fácilmente. La fragilidad ocurre cuando una pieza de metal es muy dura. A medida que incrementa la dureza lo hace también la fragilidad. Hay una fina línea entre obtener máxima dureza sin hacer las piezas frágiles.

Propiedades Tenacidad Propiedad que expresa la resistencia a la rotura por esfuerzos de impacto que deforman el metal. La tenacidad requiere la existencia de resistencia y plasticidad. Una pieza que es muy blanda no se considera tenaz por que se deforma fácilmente.

Propiedades Ductilidad Es la capacidad del metal para dejarse deformar o trabajar en frío. Un metal dúctil puede tolerar considerable estiramiento o retorcimiento sin romperse.

Propiedades Ductilidad

Propiedades Resistencia Elástica

Propiedades Resistencia a la Tensión

Propiedades Resistencia a la Fatiga Resistencia a la fatiga es la capacidad de un metal para soportar repetidas cargas cíclicas sin romperse.

PROPIEDADES 2. P. TECNOLOGICAS Maquinabilidad Ductilidad Maleabilidad Templabilidad Fusibilidad Colabilidad Forjabilidad Soldabilidad Acritud

MATERIALES  Clasificación: 1. METALES 2. CERÁMICOS 3. POLÍMEROS 4. LOS SEMICONDUCTORES 5. MATERIALES COMPUESTOS

MATERIALES CERAMICOS  Son materiales inorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos cohesionados químicamente  Los materiales cerámicos pueden ser cristalinos, no cristalinos o mezcla de ambos. Algunas de sus propiedades características son: Tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo como aislantes. Generalmente son materiales ligeros, extremadamente duros y rígidos, poseen buena resistencia al calor y a los agentes corrosivos. Su defecto principal es su débil resistencia mecánica y su fragilidad

MATERIALES POLIMEROS  El término polímero se deriva del griego “poli” Muchos y “Mero” Unidad. Los polímeros son sustancias orgánicas que se componen de numerosas unidades denominadas monómeros que forman grandes cadenas moleculares (macromoléculas). La mayor parte de los polímeros usados en ingeniería se basan en los hidrocarburos, que son moléculas formadas fundamentalmente a partir de átomos de hidrógeno y carbono dispuestos en formas estructurales.

MATERIALES POLIMEROS Algunas características de los polímeros son:  Menos densos que los metales o los cerámicos  Resistentes a las condiciones atmosféricas y otras muchas formas de corrosión  Algunos muestran buena compatibilidad con el tejido humano y esto unido a la buena resistencia a la corrosión los hace buenos candidatos para implantes  Exhiben excelente resistencia a la conducción de la corriente eléctrica. Esto los hace importantes alternativas en la fabricación de dispositivos eléctricos y electrónicos. 

NATERIALES SEMICONDUCTORES  Son muy frágiles.  El silicio y el germanio son los únicos elementos que tienen aplicaciones prácticas como semiconductores. Sin embargo, gran variedad de compuestos cerámicos e intermetálicos presentan este mismo efecto.

MATERIALES COMPUESTOS  Se forman a partir de combinaciones de los materiales mencionados anteriormente. Estas combinaciones normalmente constan de un determinado material reforzante y una resina aglomerante con objeto de obtener las características específicas y propiedades deseadas.

MATERIALES METALICOS  Son aquellos que están compuestos básicamente por uno o más metales, aunque pueden contener otros componentes.  METALES : Son sustancias inorgánicas, formadas por una misma clase de átomos, y que además tienen la propiedad de mezclarse o disolverse unos con otros en estado sólido y de este modo, se obtienen aleaciones metálicas entre las que sobresalen los aceros.

METALES Los metales se dividen en:  Metales y aleaciones férreas: Contienen un alto contenido de Fierro. Ej: acero  Metales y aleaciones no férreas: Carecen de Fierro o solo contienen cantidades muy pequeñas. Ej: Aluminio, Cobre, Cinc, Titanio, Níquel, latón

METALES Los metales poseen un conjunto de propiedades llamadas metálicas. Los metales poseen las siguientes propiedades:  Buena conductividad térmica y eléctrica  Brillo característico llamado metálico  Muy poco reactivo con el hidrógeno  Se combina con el oxígeno para formar los óxidos  Son dúctiles o deformables  Son sólidos a temperatura normal excepto el mercurio que es líquido.

METALES  Metales nativos : Aquellos que pueden encontrarse libres, sin combinar, en la naturaleza. Ejemplo : Oro, Plata, Platino, Mercurio, Cobre y el Hierro. Obtención de los materiales metálicos  1. La minería se encarga de la extracción de los minerales metálicos o menas.  2. Luego es necesario una serie de procesos físicos y químicos para poder obtener metales en forma libre.  3. La metalurgia es la ciencia que se ocupa del estudio de las propiedades, las aplicaciones y los procesos de obtención y elaboración de los materiales metálicos.

METALES

ESTRUCTURA DE METALES  ESTRUCTURA DE LOS METALES Los metales son sustancias cristalinas cuando se encuentran en forma de sólido. Los cristales en estos materiales (metales) se conocen por lo general como granos.

ESTRUCTURA CRISTALINA Estos se clasifican  1. CRISTALINOS

La Estructura Cristalina  2. AMORFOS:

Conceptos sobre materiales cristalinos metálicos  Estructura cristalina.  Átomos o iones.  Reticulado.  Celda unitaria.  Número de Coordinación.  Parámetro de Red.  Factor de empaquetamiento.

Reticulado

Celda unitaria

Parámetro de Red

SISTEMAS CRISTALINOS (Redes de Bravais)

Sistemas Cristalinos

ESTRUCTURA CRISTALINA DE METALES 1. Cúbica Simple (CS):

2. Cúbica de Cuerpo Centrado (CC, BCC) ESTRUCTURA CRISTALINA DE METALES

3. Cúbicas Centrado en las Caras (CCC o FCC) ESTRUCTURA CRISTALINA DE METALES

4. Hexagonal Compacta (HCP) ESTRUCTURA CRISTALINA DE METALES

TAMAÑO DE GRANO

EXAMEN MICROSCÓPICO DE LOS METALES

ALEACIONES Es una sustancia que tiene propiedades metálicas y esta constituido por dos o mas elementos químicos, de las cuales por los menos uno es metal. Las aleaciones de ingeniería pueden dividirse en dos tipos:  Aleaciones ferrosas tienen al hierro o fierro como su principal metal de aleación.  Aleaciones no ferrosas contienen un metal distinto del hierro o fierro.

OBTENCION DEL ACEROOBTENCION DEL ACERO OBTENCION DEL ACEROOBTENCION DEL ACERO

ACEROS Y FUNDICIONES

SEMEJANZA El acero y el hierro fundido tienen varios ingredientes comunes, pero el principal es el hierro. El carbono es el elemento que mas afecta la dureza y fortaleza. Otros elementos que afectan las propiedades del hierro fundido y del acero son manganeso, molibdeno, cromo, níquel, boro, etc. El fósforo, silicio y azufre son impurezas frecuentemente encontradas en el acero y el hierro fundido.

Estructura y Composición El acero y el hierro fundido comparten una estructura común, consistente de granos que se forman cuando el metal se solidifica durante el proceso de refinado. Los granos son cristales formados al azar que forman límites donde ellos tocan los granos circundantes. Cualquier impureza que sea insoluble y permanezca después del refinado, será atrapada en los límites de los granos.

ACERO

Estructura de la Celda Cristalina BCC

Estructura y Composición Clasificación según %C % de CarbónClasificación 0,008%Hierro Puro 0,008% a 0,8%Acero de Bajo Carbono 0,8%Acero de Medio Carbono 0,8% a 2%Acero de Alto Carbono 2% a 6,67%Hierro Fundido o Fundición

Tipo de Acero Número (y digito) A. Aceros al Carbono XXX Carbono básico XX Carbono básico: S: alta y P: bajo XX Fosforizado y Sulfurizado XX B. Aceros al Manganeso: Mn: 1,75% XX C. Aceros al Níquel XXX D. Aceros al Níquel - Cromo XXX E. Aceros al Molibdeno XXX F. Aceros al Cromo XXX G. Aceros Cromo – Vanadio XXX H. Aceros al Silicio – Manganeso XXX SAE : Society for Automotive Engineers AISI : American Iron Steel Institute

Composición y Estructura Acero bajo % C: Ferrita

Composición y Estructura Acero Medio % C: Perlita

Composición y Estructura Acero Alto % C

ACEROS ALEADOS Los elementos o agentes aleables (Al, Cr, Co, Mn, Mo, Ni, P, Si,, Ti, W, V, etc) se añaden a los aceros para muchos propósitos, entre los cuales los más importantes son: Aumentar la templabilidad Mejorar la resistencia a temperaturas comunes Mejorar las propiedades mecánicas tanto a altas como a bajas temperaturas Mejorar la tenacidad a cualquier dureza o resistencia mínima Aumentar la resistencia al desgaste Aumentar la resistencia a la corrosión Mejorar las propiedades magnéticas

HIERRO FUNDIDO O FUNDICION

BCC o CC

CLASIFICACION El hierro fundido esta clasificado en cuatro categorías basadas en la estructura del grafito. 1.Hierro Gris. 2.Hierro Nodular 3.Hierro Blanco 4.Hierro Maleable.

Composición y Estructura Hierro Gris

Composición y Estructura Hierro Nodular

Composición y Estructura Hierro Blanco

Composición y Estructura Hierro Maleable

APLICACIONES

Gases Oquedades Impurezas

Alta temperatura y alta presión

1204 grados C 2000 grados F Maleable Laminado

1.204 grados C grados F Tn Solapas o quemaduras de forja Forjado

TRATAMIENTO TERMICO Los tratamientos térmicos son operaciones de calentamiento y enfriamiento mediante las cuales se modifican la constitución y la estructura de los metales o aleaciones. Tipos de tratamientos: 1.Recocido 2.Normalizado 3.Temple 4.Revenido 5.Austempering o Bainitizado

Calentamiento Enfriamiento

1 - Etapa A temperatura ambiente existe una estructura celular con cuerpo en centro Estructura celular con centro en cara 760 grados C 1400Grados F Calentamiento

Austenizacion o calentamiento en Hornos de temple es el mas común CIGUENAL -Temperatura crítica mínima 1.333F - 723C -Temperatura crítica máxima CAT >1.500F – 860C - tiempo de calentamiento 1 Hora/” de espesor

20 – 60 Rc Estructura celular de cuerpo tetragonal centrado 2 - Etapa Enfriamiento

Blandos semiduros Duros aleaciones Agua Aceite

Descarga controlada de átomos de carbón Cigüeñal 20 Rc 60 Rc 48 Rc Ultima - Etapa < Temperatura critica mínima 1333F C

TRATAMIENTO TERMOQUIMICO Se denominan termoquímicos porque, aparte de las operaciones de calentamiento y enfriamiento, modifican la composición química del acero en la capa superficial mediante el aporte o la difusión de ciertos elementos (carbono, nitrógeno, azufre, etc.). Los tipos mas usados son: 1.Carburización 2.Carbonitruración y 3.Nitruración.

ENDURECIMIENTO DE SUPERFICIE El endurecimiento de superficie es el proceso de endurecer solo una delgada capa de acero en la superficie de la pieza. Esto produce mayor dureza, piezas más resistentes al desgaste con núcleos tenaces y elásticos.

Endurecimiento superficial

CARBURIZACION La carburización es una forma de preparar el acero para el endurecimiento. La carburización se logra colocando una pieza de acero de bajo o medio (aleados) contenido de carbono en una atmósfera rica en carbono y calentándola aprox. 900 grados Celsius o más. Después de varias horas, el carbono penetra el acero y forma una capa de material con alto contenido de carbono conocido como “capa o anillo”. Este procedimiento incrementa la dureza potencial de la capa superficial del acero.

CARBONITRURACION Este tratamiento, al igual que la anterior, tiene por objeto crear una capa rica en carbono y nitrógeno, calentando el acero entre 700 y 800 C y en una atmósfera gaseosa formada por una mezcla de hidrocarburos, amoniaco y oxido de carbono. La carbonitruración requiere una temperatura inferior a la carburización, de esta manera la distorsión de la pieza se reduce.

NITRURACION Tratamiento termoquímico que consiste en enriquecer la superficie del acero por medio de la absorción del nitrógeno, calentándolo a unos 500 oC en una corriente a gas de amoniaco. El nitrógeno en el gas se combina con los elementos de aleación presentes en el acero para formar nitruros de aleación en la superficie. Estos nitruros de aleación son extremadamente duros y producen superficies fuertes y resistentes al desgaste sin tratamiento térmico adicional.

NITRURACION La profundidad de superficie endurecida de piezas nitruradas esta en el rango de hasta un máximo de pulgadas. Cuanto mayor sea el endurecimiento, mas resistente al desgaste será la pieza después del endurecimiento Muchos engranajes de transmisión se nitruran para crear una superficie extremadamente dura y resistente al desgaste. Esta corona se endurece primero al horno y se templa para darle resistencia y tenacidad, luego se coloca en un horno de nitruración por varias horas. La superficie de nitruro de aleación endurecida ayuda también a prevenir picaduras y astillas.